Основните видове вибрации и динамични характеристики на автомобилите
При движение по релсовия път каросерията на вагона изпитва сложни колебателни движения. Тези вибрации се възбуждат от динамични сили и се причиняват от неравности на релсите, наличието на празнини в челните релсови съединения, конусността на повърхността на търкаляне на комплектите колела, както и наличието на неравности върху тази повърхност, променливостта на физическите свойства на материалите на коловозите и комплектите колела, вида на пружинното окачване, промяната в скоростта на автомобила и друмите.
Пружинното окачване и виброгасителите, използвани в автомобилите, намаляват влиянието на динамичните сили и осигуряват по-плавно движение на автомобила. Ефектът от тези сили (вертикални, напречни и надлъжни) обаче е толкова значителен, че ресорните маси на автомобилите влизат в състояние на колебание.
При изследване на вибрациите на каросерията на автомобила тя се разглежда в пространствената координатна система (фиг. 1, а) като твърдо тяло. Под въздействието на силите, действащи върху автомобила, могат да възникнат следните видове основни трептения.
Ориз. 1 - Основни видове вибрации
Отскачането, когато пружинните части на автомобила се движат нагоре и надолу успоредно на първоначалното положение по оста z–z с ±z (фиг. 1, b), възниква под действието на вертикални динамични сили, които причиняват равни ускорения в краищата на тялото.
Надлъжно накланяне или галоп - ресорните части на автомобила извършват въртеливо движение спрямо оста y-y под определен ъгъл ±θ (фиг. 1, в) - възниква от удари на колелата в ставите, наличие на дупки на една колоос или от дисбаланс на тялото. Галопирането на кола обикновено се случва едновременно с подскачането.
Колебания на люлеенето – тялото на вагона и талигата се движат по оста y–y (фиг. 1, d). Възниква този тип трептенезаедно стрептения при търкаляне (фиг. 1, д) под действието на хоризонтални странични сили, успоредни на оста.
Колебането, когато тялото се върти около вертикална ос под определен ъгъл ±ψ (фиг. 1, f), се причинява от конусността на протектора на колелото, неправилно инсталиране на комплекти колела, неравномерни диаметри на колелата и изкривяване на пътя.
Потрепване (фиг. 1, g) – движение на автомобила по оста x–x. Появява се при потегляне на влака, спиране поради дисбаланс на прогресивно движещите се маси на локомотива.
Когато честотите υв и υc са равни, т.е. когато υв:υc = 1, амплитудата на трептенията се увеличава значително, възниква явлението осцилационен резонанс, т.е. съвпадението на периодите на свободни трептения с периода на проявление на смущаващата сила. Феноменът на трептения резонанс се характеризира с големи амплитуди или, ако се използват устройства за ограничаване на вибрациите, с прекалено големи сили.
Тези сили и движения причиняват повишено износване, както и повреда на автомобилни части и застрашават безопасността на движението. Явлението резонанс възниква при определена скорост, която се нарича критична. За да се смекчат трептенията и да се предотвратят резонансни явления, пружинното окачване е снабдено с необходимата стойност на коефициента на относително триене, което осигурява условието за ненарастване на трептенията.
където φ е коефициентът на относително триене в пружинното окачване;
fst - статично отклонение на пружинното окачване;
h е височината на грапавостта на коловоза.
За да се спази това условие, в ходовите части на автомобилите се използват различни виброгасители или фрикционни пружини.